Modern elektrik sistemlerinde, değişken frekans sürücüleri (VFD'ler), doğrultucular ve diğer güç elektronik cihazları gibi doğrusal olmayan yüklerin artan kullanımı nedeniyle harmonikler sorunu önemli bir endişe haline gelmiştir. Bu doğrusal olmayan yükler, elektrik ağına harmonik akımlar enjekte eder, bu da ekipmanın aşırı ısınması, iletişim sistemlerine müdahale ve yanlış ölçüm gibi çeşitli sorunlara yol açabilir. Bir seri reaktör, bir devredeki harmonik içeriği azaltmak için etkili çözümlerden biridir ve bir seri reaktör tedarikçisi olarak, bir seri reaktörün bir devredeki harmonik içeriği nasıl etkilediğini araştıracağım.
Bir elektrik devresindeki harmonikleri anlamak
Bir seri reaktörün rolünü tartışmadan önce, harmoniklerin ne olduğunu anlamak önemlidir. İdeal bir elektrik sisteminde, voltaj ve akım dalga formları, genellikle temel frekansa (örn. 50Hz veya 60Hz) tek bir frekansa sahip saf sinüs dalgalarıdır. Bununla birlikte, doğrusal olmayan yükler sisteme bağlandığında, akımı sinüzoidal olmayan bir şekilde çizerler. Bu sinüzoidal olmayan akımlar, temel frekansın tamsayı katları olan frekanslara sahip bir dizi sinüzoidal bileşene ayrılabilir. Bu bileşenlere harmonik denir. Örneğin, 3. harmonik temel frekansın 3 katı frekansa sahiptir, 5. harmonik temel frekansın 5 katıdır.
Harmonikler bir elektrik devresinde çeşitli sorunlara neden olabilir. Akımın RMS (kök - ortalama - kare) değerini artırabilirler, iletkenlerde, transformatörlerde ve diğer ekipmanlarda ek kayıplara yol açarlar. Bu, ekipmanın aşırı ısınma ve azaltılmış ömrüne neden olabilir. Ayrıca, harmonikler, hassas elektronik ekipmanın performansını etkileyebilecek voltaj bozulmasına neden olabilir.
Bir seri reaktör nasıl çalışır
Seri reaktör, yükle veya devreye seri olarak bağlanan bir endüktif cihazdır. Bir indüktörün empedansı (z = j \ omega l) formülü ile verilir, burada (\ omega = 2 \ pi f) açısal frekans, (l) reaktörün endüktansıdır ve (j = \ sqrt {- 1}).
Seri reaktörün empedansı frekansla artar. Temel frekansta, reaktörün empedansı nispeten düşüktür, bu nedenle devrenin normal çalışması üzerinde minimal bir etkisi vardır. Bununla birlikte, harmonik akımların sıklığı arttıkça, reaktörün empedansı da önemli ölçüde artar.
Harmonik akımlar seri reaktörden aktığında, bu yüksek frekanslı bileşenler için reaktörün artan empedansı, reaktör boyunca bir voltaj düşüşüne neden olur. Ohm yasasına (V = IZ) göre, (v) voltaj düşüşüdür, (i) akımdır ve (z) empedansdır. Reaktörün empedansı, temel frekansa kıyasla harmonikler için çok daha yüksek olduğundan, harmonik akımlar için reaktör üzerindeki voltaj düşüşü çok daha büyüktür.
Seri reaktörü boyunca bu voltaj düşüşü, devrenin geri kalanına akabilen harmonik akım miktarını azaltır. Başka bir deyişle, seri reaktör harmonik akımlar için bir filtre görevi görür, elektrik sisteminde sorunlara neden olmadan önce bunları engeller veya zayıflatır.
Seri reaktör türleri ve bunların harmonikler üzerindeki etkileri
Her biri kendi özelliklerine ve uygulamalarına sahip, piyasada farklı tür reaktör türleri vardır.
Bakır çıkışı AC reaktörü
.Bakır çıkışı AC reaktörüiletken malzemesi olarak bakır kullanan bir tür reaktör türüdür. Bakır mükemmel elektriksel iletkenliğe sahiptir, yani temel frekansta düşük dirence sahip olduğu anlamına gelir. Bu, devrenin normal çalışması sırasında düşük güç kayıplarına neden olur.
Harmonik hafifletme için, bakır çıkış AC reaktörünün yüksek frekans empedansı, harmonik akım akışını etkili bir şekilde sınırlar. Bakırın düşük direnci, reaktörün uzun vadeli güvenilirliği için faydalı olan harmonik akımların akışı nedeniyle daha az ısı üretimi olmasını sağlar.
Alüminyum çıkış AC reaktörü
.Alüminyum çıkış AC reaktörübaşka bir seçenektir. Alüminyum bakır için daha maliyetli - etkili bir alternatiftir. Alüminyum bakırdan biraz daha yüksek bir dirence sahip olsa da, hala iyi bir iletkendir.
Bir alüminyum çıkış AC reaktörünün empedans özellikleri, yüksek frekanslarda bir bakır çıkış AC reaktörüne benzer. Ayrıca devredeki harmonik içeriği etkili bir şekilde azaltabilir. Bununla birlikte, daha yüksek direnci nedeniyle, bir bakır reaktörüne kıyasla temel frekansta biraz daha fazla güç kaybı olabilir.
Sinüs dalga filtresi
ASinüs dalga filtresiAyrıca bir tür seri reaktör olarak da düşünülebilir. Bir VFD'nin sinüzoidal olmayan çıkışını daha sinüzoidal bir dalga formuna dönüştürmek için tasarlanmıştır. Sinüs dalgası filtresi bir indüktör (seri reaktör) ve bir kapasitörden oluşur.
Sinüs dalgası filtresindeki seri reaktör, akımın değişim oranını sınırlamaya ve yüksek frekanslı harmonikleri azaltmaya yardımcı olur. Kondansatör ise reaktif gücü telafi etmeye ve dalga formu kalitesini daha da iyileştirmeye yardımcı olur. Birlikte, devredeki harmonik içeriği önemli ölçüde azaltabilir ve yüke daha temiz bir güç kaynağı sağlayabilirler.
Bir seri reaktörün harmonikler üzerindeki etkisinin hesaplanması
Bir seri reaktörün harmonikler üzerindeki etkisini hesaplamak için sistemin eşdeğer devresini göz önünde bulundurmamız gerekir. Devre bir kaynak, seri reaktör ve bir yük olarak modellenebilir.
Kaynak voltajının (v_s), seri reaktörünün empedansının (z_r = j \ omega l) olduğunu ve yükün empedansının (z_l) olduğunu varsayalım. Devrenin toplam empedansıdır (z_ {toplam} = z_r + z_l).
Devreden akan akım (i = \ frac {v_s} {z_ {total}}) tarafından verilir. Harmonik analiz için, her harmonik bileşeni ayrı olarak düşünebiliriz. (N) TH harmonik voltajının (v_ {sn}) ve (n) th harmonik empedansının (z_ {rn} = jn \ omega_0l) (nerede (\ omega_0) (\ omega_0), temelin açısal sıklığı ve ((n) th harmonik etkisi (z_ {ln {ln (z_ {).
(N) th harmonik akımı (i_n = \ frac {v_ {sn}} {z_ {rn}+z_ {ln}}). (N) arttıkça, (Z_ {rn}) artar, bu da (i_n) değerini azaltır.
Örneğin, seri reaktörü olmadan 5. harmonik akımımız varsa, akım (i_ {5old} = \ frac {v_ {s5}} {z_ {l5}}). Bir seri reaktör takıldıktan sonra, 5. harmonik akım (i_ {5New} = \ frac {v_ {s5}} {z_ {r5}+z_ {l5}}). (Z_ {r5} = j5 \ omega_0l) nispeten büyük olduğundan (i_ {5New} \ lt i_ {5old}), bu da seri reaktörün 5. harmonik akımı azalttığını gösterir.
Harmonik hafifletme için seri reaktörlerin kullanılmasında pratik hususlar
Harmonikleri azaltmak için seri reaktörleri kullanırken, birkaç pratik husus vardır.
İlk olarak, seri reaktörünün derecelendirmesinin dikkatle seçilmesi gerekir. Reaktörün endüktans değeri, devredeki harmonik bozulma seviyesine ve yükün gereksinimlerine göre seçilmelidir. Eğer endüktans çok düşükse, reaktör harmonik akımları azaltmada etkili olmayabilir. Öte yandan, endüktans çok yüksekse, temel frekansta aşırı voltaj düşüşüne neden olabilir, bu da yükün performansını etkileyebilir.
İkincisi, seri reaktörün kurulum yeri de önemlidir. Yükün giriş tarafına (örneğin, bir VFD'nin önüne) veya çıkış tarafına monte edilebilir. Reaktörü giriş tarafına monte etmek, yukarı akış elektrik sistemini harmonik akımlardan koruyabilirken, çıkış tarafına monte edilmesi yükü voltaj bozulmasından koruyabilir.
Üçüncüsü, seri reaktörün sıcaklık artışının izlenmesi gerekir. Harmonik akımlar reaktörde ek kayıplara neden olabileceğinden, reaktörün aşırı ısınmamasını sağlamak önemlidir. Gerekirse yeterli havalandırma ve soğutma önlemleri verilmelidir.
Çözüm
Sonuç olarak, bir seri reaktör, bir elektrik devresindeki harmonik içeriği azaltmak için etkili bir araçtır. Yüksek frekanslı harmonik akımlar için empedansı artırarak, devrenin geri kalanına akan harmonik akım miktarını azaltabilir, böylece ekipmanı harmoniklerin zararlı etkilerinden koruyabilir.
Bir seri reaktör tedarikçisi olarak,Bakır çıkışı AC reaktörü-Alüminyum çıkış AC reaktörü, VeSinüs dalga filtresiMüşterilerimizin farklı ihtiyaçlarını karşılamak. Elektrik sisteminizdeki harmoniklerle ilgili sorunlarla karşılaşıyorsanız veya güç kalitesini artırmak için güvenilir bir çözüm arıyorsanız, sizi ayrıntılı bir tartışma ve tedarik müzakeresi için bizimle iletişime geçmeye davet ediyoruz. Uzman ekibimiz, uygulamanız için en uygun seri reaktörünü seçmenize yardımcı olmaktan mutluluk duyacaktır.
Referanslar
- Dugan, RC, McGranghan, MF ve Beaty, HW (2003). Elektrik Güç Sistemleri Kalitesi. McGraw - Hill.
- IEEE STD 519 - 2014, IEEE Elektrik Güç Sistemlerinde Harmonik Kontrol için Uygulamalar ve Gereksinimler Önerildi.
- Arrillaga, J. ve Watson, NR (2003). Güç Sistemi Harmonikleri: Temeller, Analiz ve Filtre Tasarımı. Wiley.